CN113784264A - 硅基麦克风装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种硅基麦克风装置及电子设备。该硅基麦克风装置包括：电路板，开设有至少两个进声孔；屏蔽外壳，罩合在电路板的一侧；偶数个差分式硅基麦克风芯片，都位于声腔内；每两个差分式硅基麦克风芯片中，一个差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构，与另一个差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构电连接，一个差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构，与另一个差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构电连接；安装板，开设有至少一个开孔，开孔与部分进声孔连通。本申请实施例实现了削弱或抵消电子设备自身噪音，提高了输出的音频信号的质量。

Description

硅基麦克风装置及电子设备
技术领域
本申请涉及声电转换技术领域，具体而言，本申请涉及一种硅基麦克风装置及电子设备。
背景技术
随着无线通讯的发展，移动电话等终端用户越来越多。用户对移动电话的要求已不仅满足于通话，而且要能够提供高质量的通话效果，尤其是目前移动多媒体技术的发展，移动电话的通话质量更显重要，移动电话的麦克风作为移动电话的语音拾取装置，其设计好坏直接影响通话质量。目前应用较多的麦克风包括传统的驻极体麦克风和硅基麦克风。
现有的硅基麦克风在获取声音信号时，通过麦克风中的硅基麦克风芯片受获取的声波作用而产生振动，该振动带来可以形成电信号的电容变化，从而将声波转换成电信号输出。但是，现有的麦克风对噪声的处理不理想，影响输出的音频信号的质量。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种硅基麦克风装置及电子设备，用以解决现有技术存在现有的麦克风对噪声的处理不理想，影响输出的音频信号的质量的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种硅基麦克风装置，包括：
电路板，开设有至少两个进声孔；
屏蔽外壳，罩合在电路板的一侧，与电路板形成声腔；
偶数个差分式硅基麦克风芯片，都位于声腔内；各差分式硅基麦克风芯片一一对应地设置于各进声孔处，且每个差分式硅基麦克风芯片的背腔与对应的进声孔连通；每两个差分式硅基麦克风芯片中，一个差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构，与另一个差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构电连接，一个差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构，与另一个差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构电连接；
安装板，设置于电路板远离屏蔽外壳的一侧，安装板开设有至少一个开孔，开孔与部分进声孔连通。
第二个方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：如第一个方面提供的硅基麦克风装置。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：采用偶数个差分式硅基麦克风芯片进行声电转换，每两个差分式硅基麦克风芯片中，一个差分式硅基麦克风芯片的背腔通过电路板上的进声孔以及安装板上的开孔与外界连通，使得外界的声波以及电子设备自身的噪音均能作用到该差分式硅基麦克风芯片，并由该差分式硅基麦克风芯片生成声音电信号和噪音电信号的混合电信号；
另一个差分式硅基麦克风芯片的背腔与电路板上的进声孔连通、并被安装板封闭，可阻挡绝大部分外界的声波进入，而电子设备自身的噪音能作用到该差分式硅基麦克风芯片，并由该差分式硅基麦克风芯片生成噪音电信号；
由于在声波的作用下，差分式硅基麦克风芯片中的第一麦克风结构与第二麦克风结构会分别产生变化量幅度相同、符号相反的电信号，因此本申请实施例将每两个差分式硅基麦克风芯片中，一个差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构，与另一个差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构电连接，一个差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构，与另一个差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构电连接，可以将一个差分式硅基麦克风芯片生成的声音电信号和噪音电信号的混合电信号与另一个差分式硅基麦克风芯片生成的变化量幅度相同、符号相反的噪音电信号进行叠加，从而削弱或抵消混合电信号中的同源噪音信号，进而提高音频信号的质量。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种硅基麦克风装置的内部结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种硅基麦克风装置中安装板与连接环的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种硅基麦克风装置中单个差分式硅基麦克风芯片的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种硅基麦克风装置中两个个差分式硅基麦克风芯片的连接示意图。
图中：
100-电路板；110a-第一进声孔；110b-第二进声孔；
200-屏蔽外壳；210-声腔；
300-差分式硅基麦克风芯片；300a-第一差分式硅基麦克风芯片；300b-第二差分式硅基麦克风芯片；
301-第一麦克风结构；301a-第一差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构；301b-第二差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构；
302-第二麦克风结构；302a-第一差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构；302b-第二差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构；
303-背腔；303a-第一差分式硅基麦克风芯片的背腔；303b-第二差分式硅基麦克风芯片的背腔；
310-上背极板；310a-第一上背极板；310b-第二上背极板；
311-上气流孔；
312-上背极板电极；312a-第一上背极板的上背极板电极；312b-第二上背极板的上背极板电极；
313-上气隙；
320-下背极板；320a-第一下背极板；320b-第二下背极板；
321-下气流孔；
322-下背极板电极；322a-第一下背极板的下背极板电极；322b-第二下背极板的下背极板电极；
323-下气隙；
330-半导体振膜；330a-第一半导体振膜；330b-第二半导体振膜；
331-半导体振膜电极；331a-第一半导体振膜的半导体振膜电极；331b-第二半导体振膜的半导体振膜电极；
340-硅基板；340a-第一硅基板；340b-第二硅基板；
341-通孔；
350-第一绝缘层；
360-第二绝缘层；
370-第三绝缘层；
380-导线；
400-控制芯片；
500-安装板；510-开孔；
610-第一连接环；620-第二连接环。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本申请的发明人进行研究发现，随着智能音箱等IOT(The Internet of Things，物联网)设备的普及，用户要对正在发声的智能设备使用语音命令不是一件容易的事情，例如：对正在播放音乐的职能音箱发出打断、唤醒等语音指令，或是利用手机的免提模式(即hands-free operation)进行通话交流时。用户往往需要尽量靠近IOT设备，用专设的唤醒词打断正在播放的音乐，随后再进行人机交互。在这些典型的语音交互场景中，由于IOT设备在使用中，因为自身在播放音乐或通过扬声器发声，造成了机身的振动，而这类振动又被IOT设备上的麦克风所拾取，使得回声消除的效果不佳。这个现象，在播放着音乐的手机、TWS(True Wireless Stereo，真正无线立体声)耳机、扫地机器人、智能空调、智能油烟机等振动较大的智能家居产品上表现得尤其明显。
本申请提供的硅基麦克风装置及电子设备，旨在解决现有技术的如上技术问题。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种硅基麦克风装置，该硅基麦克风装置的结构示意图如图1和图2所示，包括：电路板100，屏蔽外壳200，偶数个差分式硅基麦克风芯片300，以及安装板500。
电路板100，开设有至少两个进声孔。
屏蔽外壳200，罩合在电路板100的一侧，与电路板100形成声腔210。
偶数个差分式硅基麦克风芯片300，都位于声腔210内。各差分式硅基麦克风芯片300一一对应地设置于各进声孔处，且每个差分式硅基麦克风芯片300的背腔303与对应的进声孔连通。每两个差分式硅基麦克风芯片300中，一个差分式硅基麦克风芯片300的第一麦克风结构301，与另一个差分式硅基麦克风芯片300的第二麦克风结构302电连接，一个差分式硅基麦克风芯片300的第二麦克风结构302，与另一个差分式硅基麦克风芯片300的第一麦克风结构301电连接。
安装板500，设置于电路板100远离屏蔽外壳200的一侧，安装板500开设有至少一个开孔510，开孔510与部分进声孔连通。
在本实施例中，采用偶数个差分式硅基麦克风芯片300进行声电转换，需要说明的是，图1中的硅基麦克风装置仅示例为两个差分式硅基麦克风芯片300。
在一些可能的实施方式中，与开孔510连通的部分进声孔，与每两个差分式硅基麦克风芯片300中的一个的背腔303对应连通。即，每两个差分式硅基麦克风芯片300中，一个差分式硅基麦克风芯片300的背腔303通过电路板100上的进声孔以及安装板500上的开孔510与外界连通，另一个差分式硅基麦克风芯片300的背腔303与电路板100上的进声孔连通，并被安装板500封闭。
具体地，第一差分式硅基麦克风芯片300a的背腔303a通过电路板100上的第一进声孔110a以及安装板500上的开孔510与外界连通，使得外界的声波以及电子设备自身的噪音均能作用到第一差分式硅基麦克风芯片300a，并由第一差分式硅基麦克风芯片300a生成声音电信号和噪音电信号的混合电信号。
第二差分式硅基麦克风芯片300b的背腔303b与电路板100上的第二进声孔110b连通、并被安装板500封闭，可阻挡绝大部分外界的声波进入，而电子设备自身的噪音能作用到第二差分式硅基麦克风芯片300b，并由第二差分式硅基麦克风芯片300b生成噪音电信号。
为便于描述，本文将差分式硅基麦克风芯片300中远离电路板100的一侧的一个麦克风结构定义为第一麦克风结构301，将差分式硅基麦克风芯片300中靠近电路板100的一侧的一个麦克风结构定义为第二麦克风结构302。
由于在声波的作用下，差分式硅基麦克风芯片300中的第一麦克风结构301与第二麦克风结构302会分别产生变化量幅度相同、符号相反的电信号，因此本申请实施例将第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一麦克风结构301a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二麦克风结构302b电连接，第一差分式硅基麦克风芯片300a的第二麦克风结构302a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第一麦克风结构301b电连接，可以将第一差分式硅基麦克风芯片300a生成的声音电信号和噪音电信号的混合电信号与第二差分式硅基麦克风芯片300b生成的变化量幅度相同、符号相反的噪音电信号进行叠加，从而削弱或抵消混合电信号中的同源噪音信号，进而提高音频信号的质量。
可选地，差分式硅基麦克风芯片300通过硅胶与电路板100固定连接。
屏蔽外壳200与电路板100之间围合成相对封闭的声腔210。为了起到对声腔210内的各差分式硅基麦克风芯片300等器件屏蔽电磁干扰的作用，可选地，屏蔽外壳200包括金属外壳，金属外壳与电路板100电连接。
可选地，屏蔽外壳200通过锡膏或导电胶与电路板100的一侧固连。
可选地，电路板100包括PCB(Printed Circuit Board，印制电路板100)板。
在一些可能的实施方式中，如图3所示，差分式硅基麦克风芯片300还包括层叠并间隔设置的上背极板310、半导体振膜330和下背极板320。具体地，上背极板310和半导体振膜330之间、以及半导体振膜330和下背极板320之间均具有间隙，例如气隙。
上背极板310和半导体振膜330构成第一麦克风结构301的主体。半导体振膜330和下背极板320构成第二麦克风结构302的主体。
上背极板310和下背极板320分别与进声孔对应的部分均设有若干气流孔。
为便于描述，本文将差分式硅基麦克风芯片300中远离电路板100的一侧的一个背极板为上背极板310，将差分式硅基麦克风芯片300中靠近电路板100的一侧的一个背极板定义为下背极板320。
在本实施例中，半导体振膜330被第一麦克风结构301和第二麦克风结构302共享。半导体振膜330可采用较薄、韧性较好的结构，可以在声波的作用下发生弯曲形变；上背极板310和下背极板320均可采用比半导体振膜330的厚度大许多、且刚性较强的结构，不易发生形变。
具体地，半导体振膜330可以与上背极板310平行布置并由上气隙313隔开，从而形成第一麦克风结构301的主体；半导体振膜330可以与下背极板320平行布置并由下气隙323隔开，从而形成第二麦克风结构302的主体。可以理解的是，半导体振膜330与上背极板310之间、以及半导体振膜330与下背极板320之间均用于形成电场(不导通)。由进声孔进入的声波可以通过背腔303、下背极板320上的下气流孔321与半导体振膜330接触。
当声波进入差分式硅基麦克风芯片300的背腔303，半导体振膜330受声波的作用会发生形变，该形变会引起的半导体振膜330与上背极板310、下背极板320之间的间隙发生变化，会带来半导体振膜330与上背极板310之间电容的变化，以及半导体振膜330与下背极板320之间电容的变化，即实现了将声波转换为电信号。
对于单个差分式硅基麦克风芯片300而言，通过在半导体振膜330与上背极板310之间施加偏压后，在半导体振膜330与上背极板310之间的间隙内就会形成上电场。同样的，通过在半导体振膜330与下背极板320之间施加偏压后，在半导体振膜330与下背极板320的间隙内就会形成下电场。由于上电场和下电场的极性正好相反，当半导体振膜330受声波作用而上、下弯曲时，第一麦克风结构301的电容变化量与第二麦克风结构302的电容变化量幅度相同、符号相反。
可选地，半导体振膜330可采用多晶硅材料，半导体振膜330的厚度不大于1微米，在较小的声波作用下也会产生变形，灵敏度较高；上背极板310和下背极板320均可采用刚性比较强、且厚度为几微米的材料制造，并在上背极板310上刻蚀有多个上气流孔311、在下背极板320上刻蚀有多个下气流孔321。因此，当半导体振膜330受声波作用产生形变时，上背极板310、下背极板320都不会受到影响而产生形变。
可选地，半导体振膜330与上背极板310或下背极板320之间的间隙分别为几微米，即微米级。
在一些可能的实施方式中，如图4所示，每两个差分式硅基麦克风芯片300包括的第一差分式硅基麦克风芯片300a和第二差分式硅基麦克风芯片300b。
第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一上背极板310a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二下背极板320b电连接，用于形成第一路信号。
第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一下背极板320a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二上背极板310b电连接，用于形成第二路信号。
前文已经详细说明，单个差分式硅基麦克风芯片300中，第一麦克风结构301的电容变化量与第二麦克风结构302的电容变化量幅度相同、符号相反，同理，在每两个差分式硅基麦克风芯片300中，一个差分式硅基麦克风芯片300的上背极板310和另一个差分式硅基麦克风芯片300的下背极板320处的电容变化量幅度相同、符号相反。
因此，在本实施例中，由第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一上背极板310a处生成的声音电信号和噪音电信号的混合电信号，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二下背极板320b处生成的噪音电信号相叠加得到的第一路信号，可以削弱或抵消混合电信号中的同源噪音信号，进而提高第一路信号的质量。
同样地，由第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一下背极板320a处生成的声音电信号和噪音电信号的混合电信号，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二上背极板310b处生成的噪音电信号相叠加得到的第二路信号，可以削弱或抵消混合电信号中的同源噪音信号，进而提高第二路信号的质量。
具体地，可通过导线380将第一上背极板310a的上背极板电极312a，与第二下背极板320b的下背极板电极322b电连接，用于形成第一路信号；可通过导线380将第一下背极板320a的下背极板电极322a，与第二上背极板310b的上背极板电极312b电连接，用于形成第二路信号。
在一些可能的实施方式中，如图4所示，第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一半导体振膜330a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二半导体振膜330b电连接，且第一半导体振膜330a与第二半导体振膜330b中的至少一个用于与恒压源电连接。
在本实施例中，第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一半导体振膜330a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二半导体振膜330b电连接，可以使两个差分式硅基麦克风芯片300的半导体振膜330具有相同的电位，即可以统一两个差分式硅基麦克风芯片300产生电信号的基准。
具体地，可通过导线380分别与第一半导体振膜330a的半导体振膜电极331a，以及第二半导体振膜330b的半导体振膜电极331b电连接。
可选地，可将所有差分式硅基麦克风芯片300的半导体振膜330电连接，以使各差分式硅基麦克风芯片300产生电信号的基准一致。
在一些可能的实施方式中，如图1所示，硅基麦克风装置还包括控制芯片400。
控制芯片400位于声腔210内，与电路板100电连接。
第一上背极板310a与第二下背极板320b中的一个，与控制芯片400的一个信号输入端电连接。第一下背极板320a与第二上背极板310b中的一个，与控制芯片400的另一个信号输入端电连接。
在本实施例中，控制芯片400用于接收前述各差分式硅基麦克风芯片300输出的已完成物理除噪的两路信号，可以对该两路信号进行二级除噪等处理，再向下一级设备或元器件输出。
可选地，控制芯片400通过硅胶或红胶与电路板100固定连接。
可选地，控制芯片400包括专用集成电路(ASIC，Application SpecificIntegrated Circuit)芯片。专用集成电路芯片可采用具备两路输入的差分放大器。针对不同的应用场景，专用集成电路芯片的输出信号可能是单端的，也可能是差分输出。
在一些可能的实施方式中，如图3所示，差分式硅基麦克风芯片300包括硅基板340。
第一麦克风结构301和第二麦克风结构302层叠设置于硅基板340的一侧。
硅基板340上具有用于形成背腔303的通孔341，通孔341与第一麦克风结构301、以及第二麦克风结构302均对应。硅基板340远离第一麦克风结构301和第二麦克风结构302的一侧，与电路板100固连，通孔341与进声孔连通。
在本实施例中，硅基板340为第一麦克风结构301和第二麦克风结构302提供承载，硅基板340上具有用于形成背腔303的通孔341，可利于声波进入差分式硅基麦克风芯片300，并可以分别作用于第一麦克风结构301和第二麦克风结构302，使得第一麦克风结构301和第二麦克风结构302生成差分电信号。
在一些可能的实施方式中，如图3所示，差分式硅基麦克风芯片300还包括图案化的：第一绝缘层350，第二绝缘层360和第三绝缘层370。
硅基板340、第一绝缘层350、下背极板320、第二绝缘层360、半导体振膜330、第三绝缘层370以及上背极板310，依次层叠设置。
在本实施例中，下背极板320与硅基板340之间通过图案化的第一绝缘层350隔开，半导体振膜330与上背极板310之间通过图案化的第二绝缘层360隔开，上背极板310与半导体振膜330之间通过图案化的第三绝缘层370隔开，形成各导电层之间的电隔离，避免各导电层发生短路、降低信号精度。
可选地，第一绝缘层350、第二绝缘层360以及第三绝缘层370均可在全面成膜后通过刻蚀工艺实现图案化，去除对应通孔341区域的绝缘层部分以及用于制备电极的区域的绝缘层部分。
在一些可能的实施方式中，如图1和图2所示，硅基麦克风装置还包括：第一连接环610和第二连接环620。
第一连接环610连接于安装板500的开孔510与电路板100的部分进声孔之间，使开孔510与部分进声孔之间形成气密声道。
第二连接环620连接于电路板100的其余进声孔与安装板500之间，使其余进声孔与安装板500之间形成封闭腔。
在本实施例中，第一连接环610可使安装板500的开孔510与电路板100的第一进声孔110a之间形成了具有气密性的进声通道，可以引导外界的声波以及电子设备自身的噪音集中作用于与第一进声孔110a对应的差分式硅基麦克风芯片300。第二连接环620可以配合安装板500封闭电路板100的第二进声孔110b，使电子设备自身的噪音能作用到与第二进声孔110b对应的差分式硅基麦克风芯片300。
需要说明的是，本申请上述各实施例中的硅基麦克风装置采用单振膜(如：半导体振膜330)、双背极(如：上背极板310和下背极板320)所实现的差分式硅基麦克风芯片300来示例。其中，差分式硅基麦克风芯片300除了单振膜、双背极的设置方式之外，也可以是双振膜、单背极的方式，或者是其他的差分式结构。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：前述任一实施例提供的硅基麦克风装置。
在本实施例中，电子设备可以是手机、TWS(True Wireless Stereo，真正无线立体声)耳机、扫地机器人、智能空调、智能油烟机等振动较大的智能家居产品。由于各电子设备采用了前述各实施例提供的硅基麦克风装置，其原理和技术效果请参阅前述各实施例，在此不再赘述。
在一些可能的实施方式中，硅基麦克风装置中的安装板500是电子设备的主板。这样可以充分利用电子设备的自身结构，减少制造成本，也有利于控制设备的体积。
可选地，连接环可以采用导电材料，可实现电路板100与主板之间形成电连接，进而实现电路板100与主板之间的电信号交互。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
1、采用偶数个差分式硅基麦克风芯片300进行声电转换，每两个差分式硅基麦克风芯片300中，一个差分式硅基麦克风芯片300的背腔303通过电路板100上的进声孔以及安装板500上的开孔510与外界连通，使得外界的声波以及电子设备自身的噪音均能作用到该差分式硅基麦克风芯片300，并由该差分式硅基麦克风芯片300生成声音电信号和噪音电信号的混合电信号；
2、另一个差分式硅基麦克风芯片300的背腔303与电路板100上的进声孔连通、并被安装板500封闭，可阻挡绝大部分外界的声波进入，而电子设备自身的噪音能作用到该差分式硅基麦克风芯片300，并由该差分式硅基麦克风芯片300生成噪音电信号；
3、将每两个差分式硅基麦克风芯片300中，一个差分式硅基麦克风芯片300的第一麦克风结构301，与另一个差分式硅基麦克风芯片300的第二麦克风结构302电连接，一个差分式硅基麦克风芯片300的第二麦克风结构302，与另一个差分式硅基麦克风芯片300的第一麦克风结构301电连接，可以将一个差分式硅基麦克风芯片300生成的声音电信号和噪音电信号的混合电信号与另一个差分式硅基麦克风芯片300生成的变化量幅度相同、符号相反的噪音电信号进行叠加，从而削弱或抵消混合电信号中的同源噪音信号，进而提高音频信号的质量；
4、屏蔽外壳200与电路板100之间围合成相对封闭的声腔210，屏蔽外壳200包括金属外壳，金属外壳与电路板100电连接，可起到对声腔210内的个差分式硅基麦克风芯片300等器件屏蔽电磁干扰的作用；
5、半导体振膜330被第一麦克风结构301和第二麦克风结构302共享，当声波进入差分式硅基麦克风芯片300的背腔303，半导体振膜330受声波的作用会发生形变，该形变会引起的半导体振膜330与上背极板310、下背极板320之间的间隙发生变化，会带来半导体振膜330与上背极板310之间电容的变化，以及半导体振膜330与下背极板320之间电容的变化，即实现了将声波转换为电信号；
6、通过在半导体振膜330与上背极板310之间施加偏压后，在半导体振膜330与上背极板310之间的间隙内就会形成上电场。同样的，通过在半导体振膜330与下背极板320之间施加偏压后，在半导体振膜330与下背极板320的间隙内就会形成下电场。由于上电场和下电场的极性正好相反，当半导体振膜330受声波作用而上、下弯曲时，第一麦克风结构301的电容变化量与第二麦克风结构302的电容变化量幅度相同、符号相反；
7、控制芯片400用于接收前述各差分式硅基麦克风芯片300输出的已完成物理除噪的两路信号，可以对该两路信号进行二级除噪等处理，再向下一级设备或元器件输出；
8、下背极板320与硅基板340之间通过第一绝缘层350隔开，半导体振膜330与上背极板310之间通过第二绝缘层360隔开，上背极板310与半导体振膜330之间通过第三绝缘层370隔开，形成各导电层之间的电隔离，避免各导电层发生短路、降低信号精度；
9、第一连接环610可使安装板500的开孔510与电路板100的第一进声孔110a之间形成了具有气密性的进声通道，可以引导外界的声波以及电子设备自身的噪音集中作用于与第一进声孔110a对应的差分式硅基麦克风芯片300。第二连接环620可以配合安装板500封闭电路板100的第二进声孔110b，使电子设备自身的噪音能作用到与第二进声孔110b对应的差分式硅基麦克风芯片300。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种硅基麦克风装置，其特征在于，包括：
电路板，开设有至少两个进声孔；
屏蔽外壳，罩合在所述电路板的一侧，与所述电路板形成声腔；
偶数个差分式硅基麦克风芯片，都位于所述声腔内；各所述差分式硅基麦克风芯片一一对应地设置于各所述进声孔处，且每个所述差分式硅基麦克风芯片的背腔与对应的所述进声孔连通；每两个所述差分式硅基麦克风芯片中，一个所述差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构，与另一个所述差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构电连接，一个所述差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构，与另一个所述差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构电连接；
安装板，设置于所述电路板远离所述屏蔽外壳的一侧，所述安装板开设有至少一个开孔，所述开孔与部分所述进声孔连通。
2.根据权利要求1所述的硅基麦克风装置，其特征在于，与所述开孔连通的所述部分所述进声孔，与每两个所述差分式硅基麦克风芯片中的一个的背腔对应连通。
3.根据权利要求1或2所述的硅基麦克风装置，其特征在于，所述差分式硅基麦克风芯片还包括层叠并间隔设置的上背极板、半导体振膜和下背极板；
所述上背极板和所述半导体振膜构成所述第一麦克风结构的主体；所述半导体振膜和所述下背极板构成所述第二麦克风结构的主体；
所述上背极板和所述下背极板分别与所述进声孔对应的部分均设有若干气流孔。
4.根据权利要求3所述的硅基麦克风装置，其特征在于，每两个所述差分式硅基麦克风芯片包括的第一差分式硅基麦克风芯片和第二差分式硅基麦克风芯片；
所述第一差分式硅基麦克风芯片的第一上背极板，与第二差分式硅基麦克风芯片的第二下背极板电连接，用于形成第一路信号；
所述第一差分式硅基麦克风芯片的第一下背极板，与第二差分式硅基麦克风芯片的第二上背极板电连接，用于形成第二路信号。
5.根据权利要求4所述的硅基麦克风装置，其特征在于，所述第一差分式硅基麦克风芯片的第一半导体振膜，与所述第二差分式硅基麦克风芯片的第二半导体振膜电连接，且所述第一半导体振膜与所述第二半导体振膜中的至少一个用于与恒压源电连接。
6.根据权利要求5所述的硅基麦克风装置，其特征在于，所述硅基麦克风装置还包括控制芯片；
所述控制芯片位于所述声腔内，与所述电路板电连接；
所述第一上背极板与所述第二下背极板中的一个，与所述控制芯片的一个信号输入端电连接；所述第一下背极板与所述第二上背极板中的一个，与所述控制芯片的另一个信号输入端电连接。
7.根据权利要求3所述的硅基麦克风装置，其特征在于，所述差分式硅基麦克风芯片包括硅基板；
所述第一麦克风结构和所述第二麦克风结构层叠设置于所述硅基板的一侧；
所述硅基板上具有用于形成所述背腔的通孔，所述通孔与所述第一麦克风结构、以及所述第二麦克风结构均对应；所述硅基板远离所述第一麦克风结构和所述第二麦克风结构的一侧，与所述电路板固连，所述通孔与所述进声孔连通。
8.根据权利要求7所述的硅基麦克风装置，其特征在于，所述差分式硅基麦克风芯片还包括图案化的：第一绝缘层，第二绝缘层和第三绝缘层；
所述硅基板、所述第一绝缘层、所述下背极板、所述第二绝缘层、所述半导体振膜、第三绝缘层以及所述上背极板，依次层叠设置。
9.根据权利要求1所述的硅基麦克风装置，其特征在于，所述硅基麦克风装置还包括：第一连接环和第二连接环；
所述第一连接环连接于所述安装板的所述开孔与所述电路板的部分所述进声孔之间，使所述开孔与部分所述进声孔之间形成气密声道；
所述第二连接环连接于所述电路板的其余所述进声孔与所述安装板之间，使其余所述进声孔与所述安装板之间形成封闭腔。
10.根据权利要求1所述的硅基麦克风装置，其特征在于，所述硅基麦克风装置具有如下任意一种或几种特征：
所述差分式硅基麦克风芯片通过硅胶与所述电路板固定连接；
所述屏蔽外壳包括金属外壳，所述金属外壳与所述电路板电连接；
所述屏蔽外壳通过锡膏或导电胶与所述电路板的一侧固连；
所述电路板包括印制电路板。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：如上述权利要求1-10中任一项所述的硅基麦克风装置。
12.根据权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述硅基麦克风装置中的安装板是所述电子设备的主板。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4375798A1 (en) * 2022-10-11 2024-05-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device comprising mic module

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101321413A (zh) * 2008-07-04 2008-12-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 电容式麦克风
CN102457801A (zh) * 2010-11-01 2012-05-16 北京卓锐微技术有限公司 差分mems电容式麦克风及其制备方法
CN102740206A (zh) * 2011-04-02 2012-10-17 哈曼国际工业有限公司 双单元微机电***组件
US20120328142A1 (en) * 2011-06-24 2012-12-27 Funai Electric Co., Ltd. Microphone unit, and speech input device provided with same
CN104902414A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 歌尔声学股份有限公司 一种mems麦克风元件及其制造方法
CN104902415A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 歌尔声学股份有限公司 一种差分电容式mems麦克风
CN205510403U (zh) * 2016-01-25 2016-08-24 歌尔声学股份有限公司 一种mems麦克风芯片及mems麦克风
US20180359551A1 (en) * 2017-06-07 2018-12-13 Fortemedia, Inc. Microphone device
CN110830895A (zh) * 2018-08-08 2020-02-21 美商富迪科技股份有限公司 麦克风装置及其指向性调整方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080192963A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Yamaha Corporation Condenser microphone
JP2010177901A (ja) * 2009-01-28 2010-08-12 Funai Electric Co Ltd マイクロホンユニット
CN103563399B (zh) * 2011-03-11 2017-06-09 歌尔股份有限公司 Cmos兼容的硅差分电容器麦克风及其制造方法
CN102740207B (zh) * 2012-06-15 2015-08-05 歌尔声学股份有限公司 一种集成硅微麦克风与cmos集成电路的芯片及其制作方法
US9602930B2 (en) * 2015-03-31 2017-03-21 Qualcomm Incorporated Dual diaphragm microphone
CN204652659U (zh) * 2015-05-29 2015-09-16 歌尔声学股份有限公司 一种差分电容式mems麦克风
CN104936116B (zh) * 2015-06-01 2018-12-04 山东共达电声股份有限公司 一种集成的差分硅电容麦克风
CN212259333U (zh) * 2020-06-15 2020-12-29 通用微(深圳)科技有限公司 硅基麦克风装置及电子设备

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101321413A (zh) * 2008-07-04 2008-12-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 电容式麦克风
CN102457801A (zh) * 2010-11-01 2012-05-16 北京卓锐微技术有限公司 差分mems电容式麦克风及其制备方法
CN102740206A (zh) * 2011-04-02 2012-10-17 哈曼国际工业有限公司 双单元微机电***组件
US20120328142A1 (en) * 2011-06-24 2012-12-27 Funai Electric Co., Ltd. Microphone unit, and speech input device provided with same
CN104902414A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 歌尔声学股份有限公司 一种mems麦克风元件及其制造方法
CN104902415A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 歌尔声学股份有限公司 一种差分电容式mems麦克风
CN205510403U (zh) * 2016-01-25 2016-08-24 歌尔声学股份有限公司 一种mems麦克风芯片及mems麦克风
US20180359551A1 (en) * 2017-06-07 2018-12-13 Fortemedia, Inc. Microphone device
CN110830895A (zh) * 2018-08-08 2020-02-21 美商富迪科技股份有限公司 麦克风装置及其指向性调整方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. NEBHEN ET AL.: ""Low-Noise CMOS Analog-to-Digital Interface for MEMS Resistive Microphone"", 《2013 IEEE 20TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRONICS, CIRCUITS, AND SYSTEMS (ICECS)》, 11 December 2013 (2013-12-11), pages 445 - 448 *
刘雷等: ""微机电***麦克风灵敏度不确定性分析"", 《 西安电子科技大学学报（自然科学版）》, vol. 46, no. 6, 31 December 2019 (2019-12-31), pages 23 - 29 *
徐娜等: ""结合差分阵列与幅度谱减的双麦语音增强算法"", 《信号处理》, vol. 34, no. 7, 25 July 2018 (2018-07-25), pages 876 - 881 *
肖强等: ""基于MSP430的声音定位***的设计"", 《电子元器件应用》, vol. 14, no. 11, 15 December 2012 (2012-12-15), pages 57 - 59 *

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